利用COSMIC掩星资料研究青藏高原对流层顶特征

论文摘要

研究青藏高原气候特征的重要性不言而喻,但是复杂的地势条件限制了常规资料观测。GPS掩星资料凭借其高精度、高垂直分辨率、全天候和全球分布等优点,为革新高原数值预报水平,提高长期气候检测能力提供了可能。本文首先利用2007—2013年COSMIC掩星资料和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）分析资料,研究了COSMIC掩星探测的大气折射率、反演的温度和水汽资料,在青藏高原及其周边区域的偏差特征。然后利用无线电探空资料,检验了COSMIC掩星资料在判定青藏高原对流层顶时的适用性,并基于WMO对流层高度的判别方法,分析了青藏高原对流层顶的季节性变化。最后利用COSMIC掩星资料,讨论了不同季节青藏高原的水汽分布情况,并研究了ECMWF分析资料在刻画水汽特征时与之存在的差异。结果表明:在夏季和秋季,高原、西南季风区和东部平原地区,大气折射率在对流层里均存在系统性的正偏差,其中高原偏差最大,在夏季可达0.7%。在冬季和春季,高原地区大气折射率在青藏高原对流层中下部有小的正偏差,而在西南季风区和平原地区对流层中下部有明显的负偏差。温度和水汽是折射率的反演产品,折射率的正偏差对应着温度的负偏差和水汽的正偏差。因此夏季青藏高原地区的温度和相对湿度在夏季的偏差可达-0.5°C和7%。同时,夏季在西南季风区夏季对流层定顶出现了11%的相对湿度的偏差可以11%。对流层下层折射率的负偏差和低层大气多路径效应有关,折射率正偏差和大气中的云水有关。对流层顶附近的相对湿度偏差,则是由于ECMWF模式结果不精确所引入的。COSMIC掩星资料和无线电探空资料判定的对流层高度具有很高的线性相关关系,相关系数高达0.976,平均值偏差为0.448 km,均方根误差为0.672 km,表明COSMIC掩星资料适用于青藏高原对流层顶的研究。整体而言,对流层顶高度呈南低北高的纬向分布特征,在夏季最高,冬季最低。夏季青藏高原为强大的热源,因此高原上空出现了17 km的对流层顶高值区。由于ECMWF分析资料的垂直分辨率较粗,与COSMIC掩星资料协同分析水汽特征时,误差主要出现在对流层顶附近。春季、冬季和秋季,水汽主要分布在低纬地区。夏季,在热源引发的深对流、季风水平输送与南亚高压垂直抬升的共同作用下,青藏高原上空出现了水汽高值区,平、对流层水汽交换活跃。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究目的与意义
•     1.1.1 青藏高原对气候变化的影响
•     1.1.2 青藏高原对流层顶的重要作用
•     1.1.3 现有研究资料的局限性
•     1.1.4 GPS掩星资料的优越性
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 GPS掩星资料的偏差特征
•     1.2.2 GPS掩星资料在对流层顶的应用
•     1.2.3 GPS掩星资料对数值预报模式的改进
•   1.3 研究切入点
•   1.4 研究概要
• 第二章 研究资料和方法
•   2.1 COSMIC掩星系统介绍
•     2.1.1 GPS掩星技术发展背景
•     2.1.2 COSMIC掩星资料的探测方法
•     2.1.3 COSMIC掩星资料的反演原理
•     2.1.4 COSMIC掩星资料的空间分辨率
•   2.2 研究资料的介绍
•   2.3 资料质量控制方法
•   2.4 对流层顶判定方法
•   2.5 本章小结
• 第三章 COSMIC掩星资料在青藏高原的偏差特征
•   3.1 样本分布特征
•   3.2 COSMIC掩星资料偏差特征
•     3.2.1 折射率偏差的季节性分布
•     3.2.2 温度偏差的季节性分布
•     3.2.3 相对湿度偏差的季节性分布
•     3.2.4 折射率和温度、相对湿度偏差的关系
•   3.3 偏差来源分析
•     3.3.1 折射率偏差来源分析
•     3.3.2 温度偏差来源分析
•     3.3.3 相对湿度偏差来源分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 青藏高原对流层顶的季节性变化特征
•   4.1 COSMIC掩星资料的有效性检验
•     4.1.1 探空资料的匹配
•     4.1.2 有效性检验
•   4.2 青藏高原对流层顶的季节变化
•   4.3 青藏高原水汽分布的季节变化
•     4.3.1 水汽剖面图的季节变化
•     4.3.2 水汽的水平季节变化
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结和展望
•   5.1 主要结论
•   5.2 主要创新点
•   5.3 存在的问题
•   5.4 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 余小嘉

导师: 杨胜朋

关键词: 青藏高原,掩星,资料同化,对流层顶,水汽交换

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 南京信息工程大学

基金: 国家自然科学基金项目(41375013,91337218,41371095),公益性行业(气象)科研专项(GYHY201406008),江苏省“青蓝工程”项目

分类号: P421.31

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000293

总页数: 73

文件大小: 4617K

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